Paenibacillus dendritiformis - это вид бактерий ,формирующих паттерн, впервые обнаруженный в начале 90-х годов группой Эшеля Бен-Джейкоба . [1] [2] Это социальный микроорганизм, который образует колонии со сложной и динамичной архитектурой. Род Paenibacillus включает факультативные анаэробные ,образующие эндоспоры бактерии, первоначально входившие в состав рода Bacillus, а затем реклассифицированные в отдельный род в 1993 году. [3] Бактерии, принадлежащие к этому роду, были обнаружены в различных средах, таких как: почва, вода и т. Д. ризосфера , растительное вещество, корми личинки насекомых. [4] [5] [6] [7]
Paenibacillus dendritiformis | |
---|---|
Рисунок 1 : Колония, образованная бактериями морфотипа ветвления (расщепления кончика) P. dendritiformis. Диаметр колонии составляет 6 см, а цвета указывают на плотность бактерий (более темный оттенок для большей плотности). | |
Научная классификация | |
Домен: | |
Тип: | |
Класс: | |
Заказ: | |
Семья: | |
Род: | |
Разновидность: | П. dendritiformis |
Биномиальное имя | |
Paenibacillus dendritiformis (Эш и др., 1994) | |
Синонимы | |
Bacillus dendritiformis Ash et al. 1994 г. |
Paenibacillus spp.
В последние годы растет интерес к исследованиям Paenibacillus spp. поскольку многие из них были признаны важными для промышленного, сельскохозяйственного и медицинского применения. Эти бактерии продуцируют различные внеклеточные ферменты, такие как ферменты, разлагающие полисахариды, и протеазы, которые могут катализировать широкий спектр синтетических реакций в различных областях, от косметики до производства биотоплива. [8] [9] [10] Различные виды Paenibacillus spp. также производят антимикробные вещества, которые влияют на широкий спектр микроорганизмов, таких как грибы, почвенные бактерии, патогенные бактерии растений и даже важные анаэробные патогены, такие как Clostridium botulinium . [11] [12] [13]
Формирование паттернов, самоорганизация и социальное поведение
P. dendritiformis - социальный микроорганизм: при выращивании в условиях роста, имитирующих естественную среду, такую как твердые поверхности, он образует колонии из 10 9 -10 12 клеток с удивительно сложной и динамичной архитектурой (рис. 1). [2] [14] [15] Будучи частью большого кооператива, бактерии могут лучше конкурировать за пищевые ресурсы и быть защищены от антибактериальных атак. [14] [15] P. dendritiformis демонстрируют много различных физиологических и генетических признаков , включая бета-галактозидазы -подобных активности , вызывающей колонии , чтобы превратить синий на X-Gal пластин и сопротивление множественной лекарственной (МЛУ) ( в том числе septrin , пенициллин , канамицин , хлорамфеникол , ампициллин , тетрациклин , спектиномицин , стрептомицин и митомицин C. Колонии, которые растут на поверхностях в чашках Петри, демонстрируют в несколько раз более высокую лекарственную устойчивость по сравнению с ростом в жидких средах. что на самом деле формирует определенный узор на чашке Петри.
Подобно другим социальным бактериям вида Paenibacillus , P. dendritiformis может образовывать сложные узоры на полутвердых поверхностях. Развитие таких сложных колоний требует самоорганизации и кооперативного поведения отдельных клеток при использовании сложной химической связи. [14] [15] [16] [17] [18] Формирование паттернов и самоорганизация в микробных системах - интригующий феномен, отражающий социальное поведение бактерий [17] [19], которое может дать представление об эволюционном развитии бактерий. коллективное действие клеток высших организмов. [20] [21] [22] [23] [24]
Колонии P. dendritiformis ведут себя во многом как многоклеточный организм с дифференцировкой клеток и распределением задач. [17] [18] [20] [24] Выполнение таких сложных совместных проектов требует сложной межклеточной коммуникации [14] [16] [17] [22] [25], включая семантические и прагматические аспекты лингвистики. [17]
Общаясь друг с другом с помощью различных химических сигналов, бактерии обмениваются информацией, касающейся размера популяции, множества индивидуальных измерений окружающей среды в разных местах, их внутренних состояний и их фенотипических и эпигенетических изменений. Бактерии коллективно ощущают окружающую среду и выполняют распределенную обработку информации для сбора и оценки соответствующей информации. Затем информация используется бактериями для изменения формы колонии при перераспределении задач и эпигенетической дифференциации клеток, для коллективного принятия решений, а также для включения и выключения механизмов защиты и нападения, необходимых для процветания в конкурентной среде, способностей, которые можно воспринимать как социальный интеллект. бактерий. [17]
Переход морфотипа
В dendritiformis П. , представляет собой интригующую коллективную способность - способность переключаться между различными морфотипами [14] [15] [26] , чтобы лучше адаптироваться в сложных условиях. В основном изучен переход между Ветвлением (или наконечник расщепления) морфотипом (рисунок 1) и хиральным морфотипом (фиг.2) , который отмечен фигурными ветвями с хорошо определенной хиральностью.
Переход морфотипа (рис. 3) можно рассматривать как переключение идентичности [14] [15] [26] [27] [28] - вызовы могут кооперативно вносить радикальные изменения в свое внутреннее геномное состояние, эффективно трансформируя себя в иначе выглядящие и действующие клетки, которые могут генерировать колонии с совершенно другой организацией. В условиях, несколько более благоприятных для движения, таких как рост на более мягком субстрате, бактерии создают классы хиральных структур колоний, в которых ветви тоньше и изгибаются в одном направлении (рис. 2). Колониальная структура сопровождается преднамеренным изменением генома: теперь бактерии запрограммированы на то, чтобы становиться длиннее и иметь несколько хромосом. Переход морфотипа наследуется - идентичность сохраняется во время роста LB и даже в процессе споруляции / прорастания , и обратим - например, обратные переходы от хирального ветвления к обычному ветвлению происходят на более твердых субстратах (когда требуется более высокая плотность бактерий для производства достаточного количества бактерий. смазка). Наблюдения с помощью оптического микроскопа во время развития колонии показывают следующее: при удлинении клетки меняют свое коллективное движение от типичного бега-и-кувырка к скоординированному движению вперед-назад с ограниченным кувырком.
Последовательность генома
Последовательность генома P. dendritiformis теперь [ когда? ] доступен и скоро будет опубликован. Генетическая информация может быть получена по запросу от Tauber Sequencing Initiative при Тель-Авивском университете, Израиль. Геном секвенировали с помощью гибридного подхода с использованием 454 Life Sciences и Illumina , в результате чего был достигнут охват в 340 раз , с идентичностью последовательностей между двумя методами на 99,8%. Предварительный анализ генома P. dendritiformis (приблизительный размер 6,6 Мб) выявил 6782 открытых рамки считывания (ORF). Анализ также показал, что P. dendritiformis может продуцировать множество ферментов и протеаз, а также большое количество противомикробных веществ, влияющих на широкий спектр микроорганизмов . Обладание этими передовыми стратегиями защиты и нападения делает P. dendritiformis богатым источником полезных генов для применения в сельском хозяйстве, медицине, промышленности и биотопливе.
Конкуренция между родственными бактериальными колониями
В 2000 году было обнаружено, что две соседние колонии (колонии, взятые из одной материнской колонии или из одного и того же роста LB) P. dendritiformis, инокулированные бок о бок, могут подавлять рост друг друга (Рисунок 4). [28] Недавние подробные исследования феномена морфотипа ветвления показали, что две колонии не только препятствуют росту друг друга на территории между ними, но и вызывают гибель этих клеток вблизи границы. Было обнаружено, что материал, экстрагированный из геля агара между двумя колониями, убивает отдельные растущие колонии. [29] Используя методы молекулярной биологии в сочетании с новой информацией о секвенировании генома и биоинформатикой, они открыли новый токсин (летальный фактор родственников), который избирательно действует только на один и тот же бактериальный штамм. Полученные данные предлагают новую стратегию борьбы с бактериями за счет вырабатываемых ими самотоксинов. [30]
Смотрите также
- Paenibacillus vortex
- Род Paenibacillus
Рекомендации
- ^ Бен-Джейкоб E, Schochet O, Tenenbaum A, Cohen I, Czirok A, Vicsek T. Общее моделирование моделей кооперативного роста в бактериальных колониях. Природа. 3 марта 1994 г .; 368 (6466): 46-49.
- ^ а б Бен-Джейкоб Э., Шочет О., Тененбаум А., Авидан О. Эволюция сложности во время роста бактериальных колоний. Документ представлен на семинаре НАТО по перспективным исследованиям, 1995 г .; Санта-Фе, США.
- Перейти ↑ Ash C, Priest FG, Collins MD. Молекулярная идентификация бацилл группы 3 рРНК (Эш, Фэрроу, Уоллбэнкс и Коллинз). Предложение о создании нового рода Paenibacillus. Антони Ван Левенгук. 1993; 64 (3-4): 253-260.
- ^ Lal S, Tabacchioni S: Экология и биотехнологический потенциал Paenibacillus polymyxa : мини-обзор. Индийский журнал J Microbiol 2009, 49: 2-10.
- ^ McSpadden Gardener BB: Экология Bacillus и Paenibacillus spp. в сельскохозяйственных системах. Фитопатология 2004, 94: 1252-1258.
- ^ Монтес MJ, Mercade E, Bozal N, Гвинея J: Paenibacillus antarcticus sp. nov., новый психротолерантный организм из окружающей среды Антарктики. Int J Syst Evol Microbiol 2004, 54: 1521-1526.
- ^ Оуян Дж, Пей Z, Lutwick л, Далаль S, Ян л, Cassai Н, Сандху К, Ханна В, Вицорек RL, Блут М, Пинкус MR: Клинический случай: Paenibacillus thiaminolyticus : новая причина заражения человека, вызывая бактериемию в пациент на гемодиализе. Энн Clin Lab Sci 2008, 38: 393-400.
- ^ Konishi J, Maruhashi K: 2- (2'-гидроксифенил) бензолсульфинатдесульфиназа из термофильной десульфурирующей бактерии Paenibacillus sp. штамм A11-2: очистка и характеристика. Appl Microbiol Biotechnol 2003, 62: 356-361.
- ^ Раза В., Ян В., Шен QR: Paenibacillus polymyxa : антибиотики, гидролитические ферменты и оценка опасности. Дж. Плант Патол 2008, 90: 419-430.
- ^ Watanapokasin RY, Boonyakamol A, Sukseree S, Krajarng A, Sophonnithiprasert T, Kanso S, Imai T: Производство водорода и анаэробное обесцвечивание сточных вод, содержащих реактивный синий 4, бактериальным консорциумом Salmonella subterranea и Paenibacillus polymyxa . Биодеградация 2009, 20: 411-418.
- ^ Dijksterhuis J, Sanders M, Gorris LG, Smid EJ: Антибиоз играет роль в контексте прямого взаимодействия во время антагонизма Paenibacillus polymyxa по отношению к Fusarium oxysporum. J Appl Microbiol 1999, 86: 13-21.
- ^ Girardin H, Albagnac C, Dargaignaratz C, Nguyen-The C, Carlin F: Антимикробная активность пищевых бактерий Paenibacillus и Bacillus spp. против Clostridium botulinum . J Food Prot 2002, 65: 806-813.
- ^ фон дер Вейд I, Альвиано Д.С., Сантос А.Л., Соарес Р.М., Альвиано С.С., Селдин Л.: Антимикробная активностьштамма Paenibacillus peoriae NRRL BD-62 против широкого спектра фитопатогенных бактерий и грибов. J Appl Microbiol 2003, 95: 1143-1151.
- ^ Б с д е е Бен-Якоба Е. Бактериальные самоорганизации: совместное усиление усложнению и адаптируемости в динамичной среде. Фил. Пер. R. Soc. Лондон. А. 2003; 361 (1807): 1283-1312.
- ^ a b c d e Бен-Джейкоб E, Коэн I, Гутник DL. Кооперативная организация бактериальных колоний: от генотипа к морфотипу. Annu Rev Microbiol. 1998; 52: 779-806.
- ^ a b Bassler BL, Losick R: Говоря о бактериях. Cell 2006, 125: 237-246.
- ^ Б с д е е Бен-Якоба Е, Becker I, Шапира Y, Levine H: Бактериальный языковое общение и социальный интеллект. Trends Microbiol 2004, 12: 366-372.
- ^ a b Данни Г.М., Брикман Т.Дж., Дворкин М.: Многоклеточное поведение бактерий: общение, сотрудничество, конкуренция и обман. Bioessays 2008, 30: 296-298.
- ^ Гальперин М.Ю., Гомельский М: Модули передачи бактериального сигнала: от геномики к биологии. Новости ASM 2005, 71: 326-333.
- ^ а б Агилар К., Вламакис Х, Лосик Р., Колтер Р. Думая о Bacillus subtilis как о многоклеточном организме. Curr Opin Microbiol 2007, 10: 638-643.
- ^ Dwyer DJ, Kohanski MA, Collins JJ: Сетевые возможности для бактерий. Cell 2008, 135: 1153-1156.
- ^ a b Колтер Р., Гринберг Е.П.: Микробиологические науки: поверхностная жизнь микробов. Nature 2006, 441: 300-302.
- ^ Шапиро Дж. А. Думая о бактериальных популяциях как о многоклеточных организмах. Анну Рев Микробиол 1998, 52: 81-104.
- ^ a b Шапиро Дж. А. , Дворкин М: Бактерии как многоклеточные организмы. 1-е изд .: Oxford University Press, США; 1997 г.
- Перейти ↑ Bischofs IB, Hug JA, Liu AW, Wolf DM, Arkin AP. Сложность коммуникации бактериальной клетки с клеткой: интеграция сигналов кворума и передача сигналов субпопуляции в фосфореле Bacillus subtilis. Proc Natl Acad Sci US A. 21 апреля 2009 г .; 106 (16): 6459-6464.
- ^ а б Бен-Джейкоб Э., Коэн И. Кооперативное формирование бактериальных паттернов. В: Шапиро Дж. А., Дворкин М., ред. Бактерии как многоклеточные организмы Нью-Йорк: Oxford University Press; 1997: 394-416.
- ^ Бен-Джейкоб Э, Левин Х. Самоинженерные возможности бактерий. Интерфейс JR Soc. 2005; 3 (6): 197-214.
- ^ а б Бен-Джейкоб Э, Коэн I, Голдинг I и др. Бактериальная кооперативная организация в условиях антибиотического стресса. Physica A. 2000; 282 (1-2): 247-282.
- ↑ Be'er A, Zhang HP, Florin EL, Payne SM, Ben-Jacob E, Swinney HL. Смертельная конкуренция между родственными бактериальными колониями. Proc Natl Acad Sci US A. 13 января 2009 г .; 106 (2): 428-433
- ^ Беэр А, Ariel G, Kalisman О,др. Смертельный белок, продуцируемый в ответ на конкуренцию между соседними бактериальными колониями. Proc Natl Acad Sci US A. 6 апреля 2010 г .; 107 (14): 6258-6263
Внешние ссылки
- Домашняя страница профессора Эшеля Бен-Джейкоба
- Реализация социального интеллекта бактерий
- Бактериальное искусство
- Самоорганизация бактерий: совместное усиление комплексности и адаптивности в динамической среде.
- Бактериальная лингвистическая коммуникация и социальный интеллект
- Гений бактерий
- Азартные игры на бактерии
- Древо жизни: тест IQ на бактерии
- Типовой штамм Paenibacillus dendritiformis в Bac Dive - база метаданных по бактериальному разнообразию